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研究改善镍钛合金材料疲劳寿命

2019-12-16
研讨改进镍钛合金资料疲惫寿数研讨改进镍钛合金资料疲惫寿数

 A.粉末激光定向能量堆积技能示意图;B. 镍钛合金相图;C-H. 作为典范展现,获得了柱状、管状和蜂窝状结构;

F. 等温加载时各资料行为的比照;G. 绝热加载时各资料行为的比照;H. 各资料的滞后特性和功率的比照 

北京时间11月29日,《科学》在线宣布了西安交通大学能动学院钱苏昕副教授与美国马里兰大学资料科学工程系等协作论文 增材制作的抗疲惫高性能弹热制冷资料 。

弹热制冷是运用镍钛形状回忆合金在轴向拉伸、紧缩、改变效果下发作可逆相变,并运用该相变潜热制冷的新式固态制冷技能。与传统蒸气紧缩制冷工质比较,镍钛形状回忆合金等弹热制冷工质无任何温室气体效应,具有环保的优势。除此之外,弹热效应能量密度明显,在2014年美国能源部评价的17项非蒸气紧缩制冷技能排名居首。现在,弹热工质的疲惫寿数是限制其工程运用的首要要素,并且弹热工质、弹热制冷机的功率仍有待进步。

为此,马里兰大学、阿姆斯试验室、科罗拉多矿业大学、西安交通大学、爱荷华州立大学协作,聚集提高功率和疲惫寿数这两个关键问题,运用粉末激光定向能量堆积技能,制备了具有纳米复合结构的镍钛合金资料,可直接成型柱状、管状、蜂窝状等可用于弹热制冷回热器的结构。与传统熔铸工艺形状回忆合金不同,试验发现了增材制作的镍钛合金具有准线性应力 应变呼应、与加载速率无关的回滞特性以及明显下降的相变回滞。先进的原位加载同步X射线衍射和电镜表征标明低相变回滞特性的成因在于纳米规范Ni3Ti和NiTi晶界发生的界面错位能够成为相变进程的成核点,有用下降相变进程需求战胜的势垒,并减小相界面的冲突损耗。上述特性能够改进疲惫寿数,使得弹热效应在百万次加卸载循环后仍无明显变化。

别的,论文作者钱苏昕等还就增材制作镍钛合金的热力学特性及其在弹热制冷器材中的运用展开了理论分析研讨。增材制作镍钛合金与加载速率无关的回滞特性使得其能够有用运用根据绝热相变的布雷顿回热制冷循环,无需以献身运转频率和制冷功率为价值运转根据等温相变的斯特林循环。一起,准线性应力-应变特性进步了弹热制冷机中卸载功收回规划的重要性。考虑到现有弹热制冷器材中卸载功收回技能现已老练,在以为卸载功可彻底收回的情况下,以GB/T7725空调规范工况为例,增材制作镍钛合金样品的热力完善度达60%,挨近传统熔铸镍钛合金资料热力完善度的4倍。

西安交通大学制冷与低温工程系钱苏昕副教授是该项作业的榜首和通讯单位,西安交通大学制冷与低温工程系为第四单位;论文榜首作者为西安交通大学制冷与低温工程系侯慧龙博士,论文通讯作者为竹内一郎教授。

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